粉末K4202-NiAl基合金SPS烧结连接及组织性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:QB582
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航空航天发动机推重比的提高,限制了传统K4202合金的应用。对于特定结构的K4202合金构件,可以考虑采用NiAl基合金代替部分K4202合金,并将二者进行连接,共同组成整体高温构件,以提高构件的服役温度,并实现整体构件的减重。本文首先采用放电等离子烧结工艺在不同烧结参数下制备K4202合金,根据烧结态合金的微观组织及力学性能对烧结参数进行优化。而后采用SPS烧结连接工艺依次进行K4202合金与K4202合金、K4202合金与NiAl基合金的连接实验,并根据实验结果进一步完善烧结连接工艺,最终实现K4202合金与NiAl基合金的可靠连接。此外,对K4202合金的致密化机制以及K4202合金与NiAl基合金烧结连接过程中的界面行为进行了分析。以气雾化K4202合金粉末为原料,采用放电等离子烧结工艺,在不同烧结参数下制备了K4202合金,并对烧结参数进行了优化。优化后的烧结参数如下:烧结温度、保温时间、保温阶段烧结压力分别为1150℃、5~7min和50MPa。烧结态K4202合金微观组织主要由γ基体相、γ′相以及少量弥散分布的碳化物相组成,烧结参数对γ′相的含量及尺寸无明显影响。经过固溶时效和直接时效处理后,烧结态合金中析出了大量的二次γ′相,其中固溶时效处理在提升合金强度的同时保留其一定的塑性变形能力,可以作为提高烧结态K4202合金性能的有效手段。烧结态K4202合金在室温拉伸变形时以微孔聚集的形式断裂,裂纹在粉末原始颗粒边界(PPBs)萌生并主要沿γ/γ′相界面进行扩展。随着变形温度的升高,γ/γ′相结合强度增大,裂纹同时沿γ/γ′相界面以及γ′相内部扩展,断口表面的韧窝数量减少。采用SPS烧结连接工艺,在已优化的烧结参数下进行了K4202合金与K4202合金的烧结连接实验,并根据实验结果完善了烧结连接参数。实验结果表明,在优化后的连接参数下,K4202-K4202合金连接界面两侧元素分布均匀,且连接接头性能达到了基底合金的90%以上,实现了同种材料的高质量连接。以NiAl基合金为基底,在优化的连接参数下进行了粉末K4202-NiAl基合金的烧结连接实验,组织观察结果表明,烧结连接界面处形成了一层连续分布的Cr(Mo)相,恶化了连接接头的性能。而后添加Ni箔作为中间层,进行K4202合金与NiAl基合金的烧结连接,成功消除了连接界面处的Cr(Mo)相并大幅提高了接头性能。
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